"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9023
ETF9023 "Hüppekihid stratifitseeritud estuaaride ökosüsteemis (1.01.2012−31.12.2015)", Urmas Lips, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut.
ETF9023
Hüppekihid stratifitseeritud estuaaride ökosüsteemis
Clines in stratified estuaries – implications to ecosystem functioning
1.01.2012
31.12.2015
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.4. Ökoloogia, biosüstemaatika ja -füsioloogiaB260 Hüdrobioloogia, mere-bioloogia, veeökoloogia, limnoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.2. MaateadusedP500 Geofüüsika, füüsikaline okeanograafia, meteoroloogia 1.4. Maateadused ja sellega seotud keskkonnateadused (geoloogia, geofüüsika, mineroloogia, füüsiline geograafia ning teised geoteadused, meteoroloogia ja ning teised atmosfääriteadused, klimatoloogia, okeanograafia, vulkanoloogia, paleoökoloogia50,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201212 000,00 EUR
01.01.2013−31.12.201312 000,00 EUR
01.01.2014−31.12.201412 000,00 EUR
01.01.2015−31.12.201512 000,00 EUR
48 000,00 EUR

Ookeanide ja merede vertikaalne stratifikatsioon on üks olulisi tegureid, mis kujundab planktonorganismide ruumilist jaotust ja ajalist dünaamikat ning kontrollib primaarproduktsiooni ja aineringet meres. Veesamba vertikaalsele struktuurile Soome lahes suvekuudel on iseloomulik kolmkihiline jaotus ning aeg-ajalt tekkiv hapnikuvaegus põhjalähedases kihis. Me eeldame, et füüsikaliste protsesside kõrval on bioloogilised ja keemilised protsessid tiheduse hüppekihtides, mis eraldavad nimetatud veekihte (näiteks fütoplanktoni vertikaalne migratsioon termokliini-nitrakliini sügavustel ja biogeokeemilised protsessid halokliini-redokskliini sügavustel), olulised vertikaalse toitainete transpordi komponendid. Projekti peamine eesmärk on kirjeldada termokliini, nutrikliinide, halokliini ja redokskliini ajalis-ruumilise muutlikkuse mustreid Soome lahes ja hinnata vertikaalse stratifikatsiooni iseärasuste ja võimalike tulevaste muutuste tähendust ökosüsteemi funktsioneerimisele selles kihistunud estuaaris. Projekti eesmärkide saavutamiseks kasutatakse kõrge ajalise ja ruumilise lahutusega kontaktmõõtmisi kahes autonoomses profileerivas poijaamas ja kaabliga ühendatud püsijaamas (Eesti Keskkonnaobservatooriumi üks komponent) ning reaalajas autonoomsetelt süsteemidelt edastatud andmete põhjal kavandatud mõõdistusi uurimislaevalt. Konkreetseteks eesmärkideks on hinnata lämmastiku vertikaalset transporti läbi termokliini, mis on põhjustatud fütoplanktoni migratsiooni poolt ja iseloomustada redokskliiniga seotud hägusa veekihi esinemise seaduspärasusi ja rolli. Defineeritakse vertikaalse stratifikatsiooni iseloomulikud tüübid (kooseksisteerivad termokliini ja halokliini struktuurid) ja nendega seotud valdavad meteoroloogilised tingimused. Tulemused aitavad täiustada Soome lahe (ka Läänemere) ökoloogilisi mudeleid, et prognooside lahe ökosüsteemi võimalikke muutusi arvestades piirkonna kliima projektsioone tulevikuks.
Vertical stratification of the water column in the oceans and seas is a key factor in shaping spatial distribution and temporal dynamics of planktonic organisms as well as controlling primary production and cycling of substances. The water column in the deeper areas of the Gulf of Finland in summer reveals a three-layer vertical structure with ooccasionally occurring anoxic conditions in the near bottom layer. We assume that, besides the physical processes, the biological and chemical processes in the two pycnoclines separating those layers (e.g. vertical migration of phytoplankton at the thermocline-nutriclines depths and biogeochemical processes at the halocline-redoxcline depths) play a significant role in the vertical nutrient transport. The main aim of the project is to describe the patterns of temporal-spatial variability of the thermocline, nutriclines, halocline and redoxcline in the Gulf of Finland and to estimate the implications of the observed alterations and possible future changes of stratification to the ecosystem functioning in this stratified estuary. High-resolution in-situ measurements at two autonomous buoy stations and at a cabled mooring (a component of the Estonian Environmental Observatory) with near real-time data delivery and adaptive sampling onboard the research vessel will be applied. Specific objectives are to estimate the vertical flux of nitrogen due to the migration of phytoplankton through the seasonal thermocline and to characterize the occurrence pattern and the role of nepheloid layer related to the redoxcline. The types of vertical stratification (as combinations of thermocline and halocline structures) and the related prevailing meteorological conditions will be defined. The results enable us to improve the ecological models of the Gulf of Finland (and the Baltic Sea) to forecast the possible ecosystem changes taking into account future climate change projections.
Projekti peamine eesmärk oli kirjeldada termokliini, nutrikliinide, halokliini ja redokskliini ajalis-ruumilise muutlikkuse mustreid ja mõju ökosüsteemi funktsioneerimisele Soome lahes. On näidatud, et keskmine risti-lahte kalle on sesoonsel termokliinil 0,23 m/km, mis vastab keskmisele voolamisele pinnakihis lahest välja ja allpool sesoonset termokliini lahte sisse. On määratud valdavatest tuultest tingitud iseloomulikud püknokliinide asendid ja veesamba struktuuri mõjutavad piki ja risti lahte liikumised. On näidatud, et: 1) Soome lahes on eristatavad kvaasistatsionaarsed tuule mõjust tingitud vertikaalse termohaliinse struktuuri režiimid (4-15 päeva); 2) fütoplanktoni biomassi pinna-alused maksimumid esinevad piirkondades, kus vertikaalne stratifikatsioon termokliini sügavusel on nõrgem kui naaberaladel. On tuvastatud selgelt väljendunud sub-mesomastaapne muutlikkus apvellingu/daunvellingu sündmuste, frontide ja keeriste esinemisel. Nendes tingimustes oli temperatuuri ruumilise muutlikkuse spektri langus horisontaalse lainearvu suhtes ligikaudu -2 mastaapide vahemikus 10 kuni 1 km. Mõõtmised võimaldavad kinnitada, et ageostroofilised sub-mesomastaapsed protsessid omavad olulist rolli vertikaalses transpordis ja segunemisel, aga ka veesamba uuesti stratifitseerimisel termokliinis. Lahustunud hapniku vertikaalsete profiilide põhjal on uuritud halokliini/redokskliini muutlikkust. Hinnatud hüpoksilise ala pindala Soome lahes oli 2014. aastal 3750 km2 ehk 14% kogu lahe pindalast ja 2015. aastal 2700 km2. Bakterplanktoni koosluse koosseisu muutust läbi redokskliini analüüsiti kasutades voolutsütomeetriat ja DNA-põhist klassifitseerimist (väikse ribosomaalse subühiku RNA järjestuse alusel). Selline lähenemine on võimaldanud väga detailselt iseloomustada Soome lahe bakterplanktoni redoks-sõltuvat nišijaotust. Põhjalähedases hüpoksilises kihis on bakterite arvukus suur kemosünteesivate gruppide arvelt, mis näitab hapnkuvaese põhjakihi olulist mõju kogu Soome lahe ökosüsteemi aine-ja energiaringetele (S oksüdeerimine, N redutseerimine ja C-fikseerimine).

Vastutav täitja (1)

IsikKraadTöökoht ja ametCVOsalemise periood
Urmas LipsdoktorikraadTallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut, Juhtivteadur, merefüüsika sektori juhataja (0,75)EST / ENG01.01.2012−31.12.2015

Põhitäitjad (9)

IsikKraadTöökoht ja ametCVOsalemise periood
Sirje KeevallikdoktorikraadVanemteadurEST / ENG01.01.2012−31.12.2015
Villu KikasdoktorikraadTallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut, insener (1,00)EST / ENG01.01.2012−31.12.2015
Heidi KäärmagistrikraadEST / ENG01.01.2012−31.12.2014
Peeter LaasdoktorikraadTallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut, Nooremteadur (1,00)EST / ENG01.01.2015−31.12.2015
Taavi LiblikdoktorikraadEST / ENG01.01.2012−31.12.2015
Inga LipsdoktorikraadVanemteadurEST / ENG01.01.2012−31.12.2015
Nelli RünkmagistrikraadTallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut, Nooremteadur (1,00)EST / ENG01.01.2012−31.12.2015
Stella-Theresa StoicescumagistrikraadTallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut, Merefüüsika osakond, insener (1,00)EST / ENG01.03.2015−31.12.2015
Andres TreimagistrikraadTöökoht puudubEST / ENG01.01.2012−15.11.2015
Projektid
Projekt
SF0140017s08; "Läänemere vee- ja ainevahetusprotsessid muutuvate välismõjude tingimustes"; Jüri Elken;
Publikatsioonid
Publikatsioonid
Laas, Peeter; Simm, Jaak; Lips, Inga; Lips, Urmas; Kisand, Veljo; Metsis, Madis (2015). Redox-specialized bacterioplankton metacommunity in a temperate estuary. PLoS ONE, 10 (4), e0122304.10.1371/journal.pone.0122304.
Lips, Urmas; Lips, Inga (2014). Bimodal distribution patterns of motile phytoplankton in relation to physical processes and stratification (Gulf of Finland, Baltic Sea). Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 101, 107−119.
Liblik, Taavi; Lips, Urmas (2012). Variability of synoptic-scale quasi-stationary thermohaline stratification patterns in the Gulf of Finland in summer 2009. Ocean Science, 8, 603−614.10.5194/os-8-603-2012.
Laas, Peeter; Šatova, Elina; Lips, Inga; Lips, Urmas; Simm, Jaak; Kisand, Veljo; Metsis, Madis (2016). Near-Bottom Hypoxia Impacts Dynamics of Bacterioplankton Assemblage throughout Water Column of the Gulf of Finland (Baltic Sea). PLoS ONE, 1−19.10.1371/journal.pone.0156147.
Liblik, Taavi; Lips, Urmas. (2017). Variability of pycnoclines in a three-layer, large estuary: the Gulf of Finland. Boreal Environmental Research, 22, 27−47.
Lips, Urmas; Kikas, Villu; Liblik, Taavi; Lips, Inga (2016). Multi-sensor in situ observations to resolve the sub-mesoscale features in the stratified Gulf of Finland, Baltic Sea. Ocean Science, 12 (3), 715−732.10.5194/os-12-715-2016.
Juhendamised
Juhendamised
Andres Trei, magistrikraad, 2012, (juh) Urmas Lips, Peenstruktuuri iseärasused ja õhukesed kihid stratifitseeritud Soome lahes, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut.
Stella-Theresa Stoicescu, magistrikraad, 2014, (juh) Urmas Lips, Soome lahe keskkonnaseisundi hindamine: erinevate meetodite võrdlus (eutrofeerumise valdkonnas), Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut.
Taavi Liblik, doktorikraad, 2012, (juh) Urmas Lips, Variability of thermohaline structure in the Gulf of Finland in summer (Termohaliinse struktuuri muutlikkus Soome lahes suvekuudel), Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut.